CN100452339C - 硅片外延线性缺陷的测定方法 - Google Patents

硅片外延线性缺陷的测定方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种硅片外延线性缺陷的测定方法，包括如下步骤：在硅片外延薄膜生长前，选取多点测量外延薄膜成膜前衬底的曲率半径；在外延生长完成后，测量外延膜厚；测量外延薄膜成膜后衬底的曲率半径；根据前述外延薄膜成膜前衬底的曲率半径、外延膜厚和外延薄膜成膜后衬底的曲率半径，计算硅片外延部分的应力；根据硅片外延部分的应力变化判定是否存在线性缺陷。本发明通过对硅片外延生长后应力的测量来判定硅片是否存在线性缺陷，可使用半导体工厂常用的应力仪完成，便捷而准确。

Description

硅片外延线性缺陷的测定方法
技术领域
本发明涉及一种半导体制造工艺中的测量方法，特别是硅片外延的缺陷测定方法。
背景技术
在半导体制造工艺中，当硅片的生长外延温度分布不均匀时，在硅片与缺角水平或垂直处会产生缺陷。在产生线性缺陷(Slip)的同时，会在缺陷处将成长时所蓄积的应力释放。在现有的技术中，测定硅片生长外延处的缺陷的方法主要有：
目检方法，即在强光灯下对外延表面线缺陷进行检查，这这种方法对于较细微的或内部的缺陷不能感知，且随操作人员有差异；
采用颗粒测试机进行检查，这种方法对内部的缺陷同样不能感知，而且新型能感知内部缺陷的颗粒测试仪器价格较贵；
采用铬酸对外延片进行腐蚀处理，在缺陷处和非缺陷处采用一样的刻蚀速率，通过外延残留来观察缺陷，这种方法对于硅片会造成损伤，且花费时间长。
因此在半导体生产工艺中，为检测硅片线性外延的缺陷，迫切需要一种便捷的无损测量方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种硅片外延线性缺陷的测定方法，用以测定硅片与缺角水平或垂直处所产生的线性缺陷，能测定硅片内部和外部的线性缺陷，并在测定过程中保持硅片的完整。
为解决上述技术问题，本发明硅片外延线性缺陷的测定方法包括如下步骤：步骤一，在硅片外延薄膜生长前，选取多点测量外延薄膜成膜前衬底的曲率半径；步骤二，在外延生长完成后，测量外延膜厚；步骤三，测量外延薄膜成膜后衬底的曲率半径；步骤四，根据前述外延薄膜成膜前衬底的曲率半径、外延膜厚和外延薄膜成膜后衬底的曲率半径，计算硅片外延部分的应力；步骤五，根据硅片外延部分的应力变化判定是否存在线性缺陷。
本发明通过对硅片外延生长后应力的测量来判定硅片是否存在线性缺陷，可使用半导体工厂常用的应力仪完成，便捷而准确。
附图说明
图1是硅片外延应力测试结果的示意图，无线性缺陷(slip)产生时，应力值非常稳定，而当某一点应力的绝对值有突然下降时，则该点有线性缺陷发生；
图2是外延中线性缺陷示意图，当生长外延温度分布不均衡，在硅片与缺角水平或垂直处会产生线性缺陷，在微观下，线性缺陷也就是本来应该非常有序的晶格分布会变的有断裂不连续，在产生线性缺陷(Slip)的同时会在缺陷处将成长时所蓄积的应力释放；
图3是光学应力测定仪的工作原理图；
图4是应力仪扫描长度和反射光线与反射光线夹角的一半的关系图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
本发明基于这样的原理：当硅片生长外延温度分布不均衡时，在硅片与缺角水平或垂直处就会产生线性缺陷，在产生线性缺陷(Slip)的同时会在缺陷处将成长时所蓄积的应力释放，而当应力绝对值有突变时，一定有线性缺陷(Slip)产生；所以可以考虑通过应力测定仪器，对于给定工艺(给定的生长温度，压力，气体流量等)下生长的外延进行应力测定，并据此判定是否存在缺陷，对缺陷的进行感知和管理。
本发明所提供的方法按照如下步骤执行：
步骤一，在硅片外延薄膜生长前，选取多点测量外延薄膜成膜前衬底的曲率半径；
步骤二，在外延生长完成后，测量外延膜厚；
步骤三，测量外延薄膜成膜后衬底的曲率半径；
步骤四，根据前述外延薄膜成膜前衬底的曲率半径、外延膜厚和外延薄膜成膜后衬底的曲率半径，计算硅片外延部分的应力；
步骤五，根据硅片外延部分的应力变化判定是否存在线性缺陷。
在生长外延前需要测量外延薄膜成膜前衬底的曲率半径，可用应力测定仪来完成，在应力测定仪中需要将相应的批次编号输入，以方便在外延薄膜成膜后衬底的曲率半径测量时识别；然后是外延生长，生长完成后需要进行外延膜厚测量，这一般是由傅立叶变换红外吸收光谱仪完成的；最后将测量得知的外延膜厚输入应力测定仪，并进行外延薄膜成膜后衬底的曲率半径测量。
半导体制造公司通用的光学应力测定仪的工作原理如图3所示，由激光发生器发射出一束激光，通过镜面反射垂直(与装载平台垂直)入射到硅片表面，由于硅片的应力弯曲，在硅片表面的入射角和反射角之间会成2θ角度，硅片反射的激光经过检测器检知以得出θ。通过如图3的光学应力测试可以得出如图4扫描长度X与角度θ关系图，由于1/R＝dθ/dt即曲率半径是扫描长度X与角度θ关系曲线的斜率，由此可以得出曲率半径的值。
应力可通过外延薄膜成膜前衬底的曲率半径、外延薄膜厚度和外延薄膜成膜后衬底的曲率半径计算得出，计算按照下述公式进行：
σ＝E/(1-v)(h2/6t)(1/R2-1/R1)
其中σ是外延薄膜的平均应力，其单位为Pa；
E/(1-v)是衬底的双轴弹性模数，对于半导体常用的Si(100)来说为1.805×1011Pa；
h是衬底的厚度，其单位为m；
t是外延薄膜的厚度；其单位为m；
R1是外延薄膜成膜前衬底的曲率半径，其单位为m；
R2是外延薄膜成膜后衬底的曲率半径，其单位为m。
通过对日常应力测试结果的监控发现，如果有应力大幅度的变化，一般是大于50MPa时，代表线缺陷一定存在。
本发明通过测量硅片的应力状况外延线性缺陷进行管理和感知，可以测出硅片内部和较轻微的线性缺陷，运用半导体工厂常用的应力仪即可完成，简单方便，成本低廉，而且不会损伤硅片。

Claims (3)

1、一种硅片外延线性缺陷的测定方法，用以测定硅片与缺角水平或垂直处所产生的线性缺陷，其特征是，包括如下步骤：
步骤一，在硅片外延薄膜生长前，选取多点测量外延薄膜成膜前衬底的曲率半径；
步骤二，在外延生长完成后，在上述各点测量外延膜厚；
步骤三，测量上述各点外延薄膜成膜后衬底的曲率半径；
步骤四，根据前述外延薄膜成膜前衬底的曲率半径、外延膜厚和外延薄膜成膜后衬底的曲率半径，计算硅片外延部分上述各点的应力；
步骤五，根据硅片外延部分的应力变化判定是否存在线性缺陷。
2、根据权利要求1所述硅片外延线性缺陷的测定方法，其特征是，按照下述公式进行所述步骤四中的应力计算：
σ＝E/(1-v)(h2/6t)(1/R2-1/R1)
其中，σ是外延应力；
E/(1-v)是硅片衬底的双轴弹性模数；
h是衬底的厚度；
t外延薄膜的厚度；
R1是外延薄膜成膜前衬底的曲率半径；
R2是外延薄膜成膜后衬底的曲率半径。
3、根据权利要求1所述硅片外延线性缺陷的测定方法，其特征是，所述步骤五中判定是否存在线性缺陷的判据为：如果硅片外延部分的应力在某一点变化幅度超过50MPa，则判定该点存在线性缺陷。
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